四线测试探针装置及其应用方法
【专利摘要】本发明涉及一种四线测试探针装置，包括牵引机构、主体固定座、两个测试探针及光电传感器；两个测试探针分别设置于主体固定座的两侧，测试探针包括弹性支架及设置在弹性支架上的探头，其中一个测试探针的弹性支架上设有凸出的遮光块；光电传感器靠近设置有遮光块的测试探针的一侧开设有凹口，光电传感器具有由凹口的一侧发射向凹口的另一侧的对射光；其中，弹性支架在测试时产生变形，以使遮光块所遮挡的对射光的光量的产生变化，并通过光电传感器产生变化的输出电压，以控制测试探针施加在印刷电路板上的压力。上述四线测试探针装置能够有效控制与印刷电路板之间接触力的优点。同时还提供一种四线测试探针装置的应用方法。
【专利说明】四线测试探针装置及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及印制电路板(PCB)测试装置，特别是涉及一种四线测试探针装置及其应用方法。
【背景技术】
[0002]探针测试装置一般用于对印刷电路板(PCB)进行检测，检测时，需要用测试探针与电路板接触。按照测试方法的不同有二线和四线两种测试探针装置。四线测试探针装置用于测试阻值精度要求不高的场合，而四线测试探针装置则用于测试阻值要求高的低阻测试场合。
[0003]传统的四线测试探针装置在测试时，探针通常以每秒10?50次的速度下针和抬针以接触不同测试点。为达到可靠的测试的要求，探针需牢固扎到测试板上。同时也要保证探针与待测印刷电路板的接触力合适，避免印刷电路板表面被扎花，这就要求其弹簧支架需要有合适的刚度及测试过程中振动小。但是，由于运动速度快，测试探针装置施加在印刷电路板上的压力很难控制，测试探针与印刷电路板接触后接触力过大，导致印刷电路板有刮痕或者凹痕，致使印刷电路板报废。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要提供一种能够有效控制测试探针与印刷电路板之间接触力的四线测试探针装置及其应用方法。
[0005]一种四线测试探针装置，用于对印刷电路板进行测试，包括:
[0006]牵引机构；
[0007]主体固定座，固定于所述牵引机构上,所述主体固定座能够在牵引机构的带动下运动；
[0008]两个测试探针，分别设置于所述主体固定座的两侧，两个所述测试探针对称设置，所述测试探针包括固定于所述主体固定座上的弹性支架及设置在弹性支架上的探头，其中一个所述测试探针的弹性支架上设有凸出的遮光块；
[0009]光电传感器，设置于所述主体固定座上，并与所述牵引机构通信连接，所述光电传感器靠近设置有遮光块的所述测试探针的一侧开设有凹口，所述光电传感器具有由所述凹口的一侧发射向所述凹口的另一侧的对射光，所述光电传感器用于实时测量所接收到的所述对射光的光量，并产生随所述对射光的光量变化的输出电压；
[0010]其中，所述遮光块能够伸入所述凹口并遮挡所述对射光，所述弹性支架在测试时产生变形，以使所述遮光块所遮挡的所述对射光的光量的产生变化，并通过光电传感器产生变化的输出电压，所述牵引机构根据所述输出电压的值控制所述测试探针施加在所述印刷电路板上的压力。
[0011]在其中一个实施例中，还包括两个支架固定座，两个所述支架固定座分别设置于所述主体固定座的两侧，两个所述弹性支架分别固定于两个所述支架固定座上。
[0012]在其中一个实施例中，所述支架固定座还包括限位块，所述限位块与所述弹性支架远离所述主体固定座的端部相接触。
[0013]在其中一个实施例中，还包括传感器调整座，所述传感器调整座可滑动地设置于所述主体固定座上，所述光电传感器固定于所述传感器调整座上。
[0014]在其中一个实施例中，所述主体固定座上开设有卡槽；所述传感器调整座上开设有第一螺孔；所述四线测试探针装置还包括调节螺钉，所述调节螺钉的螺帽卡持于所述卡槽内，且所述调节螺钉与所述第一螺孔相螺合，以使所述调节螺钉与所述传感器调整座共同形成螺纹副结构，转动所述调节螺钉，可调节所述传感器调整座相对所述主体固定座的位置。
[0015]在其中一个实施例中，所述传感器调整座上开设有条形孔，所述主体固定座上开设有第二螺孔，所述四线测试探针装置还包括固定螺钉，所述固定螺钉穿设于所述条形孔内，并与所述第二螺孔配合，且所述固定螺钉在所述条形孔内能够移动，以使传感器调整座可滑动地设置于所述主体固定座上。
[0016]在其中一个实施例中，所述主体固定座包括横截面为梯形的探针固定部，两个所述测试探针分别设置于所述探针固定部的两侧面上，且两个所述测试探针间形成夹角。
[0017]在其中一个实施例中，所述探头包括连接臂及设置于所述连接臂一端上的接触针头，所述连接臂设于所述弹性支架上。
[0018]在其中一个实施例中，所述接触针头为刀片状结构或针形结构。
[0019]一种四线测试探针装置的应用方法，包括以下步骤:
[0020]提供上述四线测试探针装置；
[0021]将所述四线测试探针装置上的两个测试探针扎在校正板上任意一焊盘上；
[0022]所述四线测试探针装置移动以调整其测试探针施加于校正板上的接触力；
[0023]实时获取所述四线测试探针装置的位移量及所述光电传感器的输出电压，以将所述接触力与所述输出电压进行关联；
[0024]根据所述接触力与所述输出电压间的关系对所述四线测试探针装置进行调节。
[0025]上述四线测试探针装置在测试时，测试探针施加压力于印刷电路板上，弹性支架会产生变形，以使遮光块所遮挡的对射光的光量的产生变化，并通过光电传感器产生变化的输出电压，牵引机构根据输出电压的值控制测试探针施加在印刷电路板上的压力，实现了对测试探针与印刷电路板之间接触力的控制，避免印刷电路板表面被扎花，有效保护了印刷电路板。并且，这个控制过程实现了自动化控制，节省了人力。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为一实施例中四线测试探针装置的结构示意图；
[0027]图2为图1所示四线测试探针装置的立体分解图；
[0028]图3为图1所示四线测试探针装置中测试探针的具体结构图；
[0029]图4为另一实施例的测试探针的具体结构图；
[0030]图5为一实施例中四线测试探针装置的应用方法的流程图；
[0031]图6为图5所示四线测试探针装置的应用方法的示意图。
【具体实施方式】
[0032]为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
[0033]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0034]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的【技术领域】的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0035]请参阅图1，一实施例中的四线测试探针装置10，用于对印刷电路板(图未示)进行测试。四线测试探针装置10包括牵引机构(图未示)、主体固定座100、测试探针200及光电传感器300。
[0036]主体固定座100固定于牵引机构上，主体固定座100能够在牵引机构的带动下运动。
[0037]测试探针200为两个，两个测试探针200分别设置于主体固定座100的两侧，两个测试探针200对称设置。请一并参阅图2，测试探针200包括固定于主体固定座100上的弹性支架210及设置在弹性支架210上的探头230。弹性支架210由塑料制成，具备了一定的弹性。其中一个测试探针200的弹性支架210上设有凸出的遮光块211。
[0038]具体的，主体固定座100包括横截面为梯形的探针固定部160。两个测试探针200分别设置于探针固定部160的两侧面上，且两个测试探针200间形成夹角。
[0039]光电传感器300设置于主体固定座100上，并与牵引机构通信连接。光电传感器300靠近设置有遮光块211的测试探针200的一侧开设有凹口 310，光电传感器300具有由凹口 310的一侧发射向凹口 310的另一侧的对射光。光电传感器300实时接收对射光的光量，当光电传感器300所接收到的光量产生变化时，光电传感器300的输出电压也相应的会产生变化。具体的，光电传感器300的输出信号为模拟电压信号，其与所接收到的对射光的光量成线性变化关系。
[0040]遮光块211能够伸入凹口 310并遮挡对射光。在对印刷电路板进行测试时，测试探针200施加压力于印刷电路板上，弹性支架210会产生变形，以使遮光块211所遮挡的对射光的光量的产生变化，并通过光电传感器300产生变化的输出电压。牵引机构根据输出电压的值控制测试探针200施加在印刷电路板上的压力。
[0041]具体的，由于测试探针200对印刷电路板施加压力，会带来弹性支架210的形变，而弹性支架210的形变会带来遮光块211在凹口 310中的位移，则对测试探针200与印刷电路板之间接触力的控制可转换成对遮光块211位移量的控制。并且，由于遮光块211的位移会带来光电传感器300接收到的光量的变化，进而改变光电传感器300的输出电压。外部软件对光电传感器300的输出电压进行分析，当输出电压的变化超过阈值时，即说明测试探针200施加于印刷电路板上的压力足够大，牵引机构即刻停止运动，以控制测试探针200与印刷电路板之间接触力。由于光电传感器300实时对对射光的光量进行监测，进而可对测试探针200与印刷电路板之间接触力进行实时控制，保证了接触力大小的精确度。
[0042]四线测试探针装置10还可包括两个支架固定座400。两个支架固定座400分别设置于主体固定座100的两侧，两个弹性支架210分别固定于两个支架固定座400上。
[0043]支架固定座400还包括限位块410，限位块410与弹性支架210远离主体固定座100的端部相接触。限位块410与弹性支架210的端部相接触，使弹性支架210产生了一定的预变形，当弹性支架210由于高速运动而发生振动时，由于限位块410的存在，弹性支架210产生的振动很快就能被抑制，以减小测试时测试探针200所发生的振动，提高了测试的精确度。
[0044]可以理解，在其它实施例中，弹性支架210直接固定于主体固定座100上，此时，支架固定座400可以省略。
[0045]由于在四线测试探针装置10在装配或使用过程中有可能出现误差，从而使光电传感器300有可能偏离电压原点。为了减小误差、使测试更加准确，四线测试探针装置10还可包括传感器调整座500。传感器调整座500可滑动地设置于主体固定座100上。光电传感器300固定于传感器调整座500上。通过调节传感器调整座500在主体固定座100上的位置，可调节光电传感器300与弹性支架210之间的距离，进而可以对光电传感器300的电压原点的调节。
[0046]主体固定座100上开设有卡槽120。传感器调整座500上开设有第一螺孔(图未示)。四线测试探针装置10还包括调节螺钉600，调节螺钉600的螺帽卡持于卡槽120内，且调节螺钉600与第一螺孔相螺合，以使调节螺钉600与传感器调整座500共同形成螺纹副结构。转动调节螺钉600，可调节传感器调整座500相对主体固定座100的位置。
[0047]传感器调整座500上开设有条形孔510，主体固定座100上开设有第二螺孔140，四线测试探针装置10还包括固定螺钉700，固定螺钉700穿设于条形孔510内，并与第二螺孔140配合，且固定螺钉700在条形孔510内能够移动，以使传感器调整座500可滑动地设置于主体固定座100上。
[0048]请一并参阅图3，弹性支架210具体包括固定部212、第一力臂214、第二力臂216及探头安装部218。
[0049]第一力臂214及第二力臂216均为长条状结构。第一力臂214及第二力臂216的一端均设置于固定部212上。第一力臂214与第二力臂216相间隔。
[0050]探头安装部218设置于第一力臂214及第二力臂216远离固定部212的一端。探头安装部218上开设有探头安装槽218a，探头安装槽218a的延伸方向与第一力臂214的延伸方向垂直。第一力臂214、第二力臂216与固定部212及探头安装部218的连接处213均开设有凹槽213a。
[0051]探头230包括连接臂232及设置于连接臂232 —端上的接触针头234，连接臂232卡设于探头安装槽218a中。具体在本实施例中，连接臂232为梯形结构，探头安装槽218a也为与连接臂232相对应的梯形结构。通过梯形结构的连接臂232与梯形结构探头安装槽218a相卡合，使得探头230更好的连接于弹性支架210上。
[0052]上述测试探针200中，第一力臂214、第二力臂216与固定部212及探头安装部218的连接处213均开设有凹槽213a，这些凹槽213a降低了弹性支架210整体的刚度，利用弹性支架210自身的柔韧性，避免了在测试过程中测试探针200与印刷电路板硬性接触，有效保护了印刷电路板。
[0053]以第一力臂214及第二力臂216延伸的方向为高度方向。以探头安装槽218a延伸的方向为宽度方向。与高度方向及宽度方向均垂直的方向为厚度方向。
[0054]具体在本实施例中，第一力臂214、第二力臂216与固定部212及探头安装部218的每个连接处213上均开设有两个相对的凹槽213a。凹槽213a为U形槽，以使第一力臂214、第二力臂216与固定部212及探头安装部218的每个连接处213均为“工”字形结构。
[0055]由于测试时，测试探针200运动速度飞快，导致了测试探针200的振动不可避免，剧烈的振动会导致测试探针200与印刷电路板的接触不稳定。测试探针200在受力后退过程中不能保证其能平行移动。在受到反推力作用之后，测试探针200在后退移动过程中高度会有所降低，偏移量较大，从而在测试过程中可能会出现扎偏的情况，严重影响测试探针200装置的测试精度。
[0056]每个连接处213上均开设有两个相对的凹槽213a，以使连接处213形成“工”字形结构，进一步降低了弹性支架210的刚度。第一力臂214及第二力臂216能够有效分配弹性支架210所受的力的大小。第一力臂214及第二力臂216通过分配得到的力的大小，使每个开设有凹槽213a的连接处213产生相应的变形，以弥补测试探针200高度的不足，保证测试探针200在后退过程中平行移动，不会产生过大的倾斜角度，进而保证了后退移动过程中测试针能够与接触面保持相对静止，测试探针200不会发生过大偏摆，保证了测试的精度。
[0057]此外，连接处213均为“工”字形结构，相对于传统的单独开设圆弧槽的形式，其凹槽213a内部的应力分布更加均匀，应力不会集中在某一条线上，而是分布在面上，更加有利于弹性支架210的使用寿命的提高。
[0058]第一力臂214及第二力臂216沿宽度方向排列。第一力臂214相对第二力臂216更靠近接触针头234，且第一力臂214的长度大于第二力臂216的长度。固定部212呈台阶状结构。固定部212包括第一台阶部212a及与第一台阶部212a相连接的第二台阶部212b。第二台阶部212b的高度高于第一台阶部212a。第一力臂214与第一台阶部212a相连接，第二力臂216与第二台阶部212b相连接。
[0059]第一力臂214及第二力臂216的长度均通过有限元计算得出。弹性支架210采用第一力臂214的长度长于第二力臂216的形式，既可保证开设有凹槽213a的连接处213容易产生变形，以保证测试探针200与印刷电路板之间的接触力合适及运行平稳，又可保证弹性支架210能够有效抵抗宽度方向的振动。
[0060]第一力臂214及第二力臂216均为矩形柱状结构。第一力臂214包括相连接的第一杆体214a及第二杆体214b，第一杆体214a与固定部212相连接，第二杆体214b与探头安装部218相连接，第一杆体214a的厚度大于第二杆体214b的厚度。
[0061]第二力臂216包括相连接的第三杆体216a及第四杆体216b，第三杆体216a与固定部212相连接，第四杆体216b与探头安装部218相连接，第三杆体216a的厚度大于第四杆体216b的厚度。
[0062]第一力臂214及第二力臂216均采用一侧比另一侧厚的形式，可以有效减轻弹性支架210头部的质量，并且更加有利于测试探针200的抗振性，特别是宽度方向上的振动。
[0063]可以理解，第一力臂214及第二力臂216不限于矩形柱状结构，还可为圆柱状等结构。
[0064]具体在本实施例中，接触针头234为刀片状结构。刀片状结构的接触针头234，其针尖234a的大小约为60微米以上，制造成本较低，一般用于普通的印刷电路板。
[0065]接触针头234的针尖234a位于弹性支架210在厚度方向的中线上，可以避免测试过程中力矩的产生，进一步提高测试探针200的抗振性。
[0066]可以理解，在其它实施例中，例如附图4所示，接触针头234还可为针形结构。针形结构的接触针头234，其针尖234a的大小约为20微米，制造成本较高，适用于高密度印刷电路板。
[0067]上述四线测试探针装置10在测试时，测试探针200施加压力于印刷电路板上，弹性支架210会产生变形，以使遮光块211所遮挡的对射光的光量的产生变化，并通过光电传感器300产生变化的输出电压，牵引机构根据输出电压的值控制测试探针200施加在印刷电路板上的压力，实现了对测试探针200与印刷电路板之间接触力的控制，避免印刷电路板表面被扎花，有效保护了印刷电路板。并且，这个控制过程实现了自动化控制，节省了人力。
[0068]此外，请一并参阅图5，还提供了一种四线测试探针装置的应用方法，包括以下步骤:
[0069]步骤S110，提供上述四线测试探针装置。
[0070]步骤S120，将四线测试探针装置上的两个测试探针扎在校正板上任意一焊盘上。[0071 ] 请一并参阅图6，将四线测试探针装置10的两个测试探针200扎在校正板60任意一焊盘上。校正板60为一完好的印刷电路板。
[0072]步骤S130，四线测试探针装置移动以调整其测试探针施加于校正板上的接触力。
[0073]四线测试探针装置10移动以调整其测试探针200施加于校正板60上的接触力。当两个测试探针200测试信号联通的那一刻位移记为零。
[0074]步骤S140，实时获取四线测试探针装置的位移量及光电传感器的输出电压，以将接触力与输出电压进行关联。
[0075]每当四线测试探针装置10向前运动一段距离时，实时获取位移量及光电传感器300所输出的电压。通过上述测试可以获得测试探针200与待测印刷电路板接触后的变形量与光电传感器的输出电压的关系，结合接触力与变形量测试的结果，将接触力与光电传感器的输出电压进行关联。
[0076]步骤S150，根据接触力与输出电压间的关系对四线测试探针装置进行调节。
[0077]将接触力与光电传感器的输出电压进行关联，需要对接触力进行控制时，可将对接触力的控制又转换成对电压信号的控制。具体工作时，可以设定一个电压阈值，当光电传感器的输出电压变化，达到电压阈值时，停止四线测试探针装置10的移动，进而控制了测试探针200与印刷电路板间的接触力。
[0078]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种四线测试探针装置，用于对印刷电路板进行测试，其特征在于，包括: 牵引机构； 主体固定座，固定于所述牵引机构上，所述主体固定座能够在牵引机构的带动下运动； 两个测试探针，分别设置于所述主体固定座的两侧，两个所述测试探针对称设置，所述测试探针包括固定于所述主体固定座上的弹性支架及设置在弹性支架上的探头，其中一个所述测试探针的弹性支架上设有凸出的遮光块；及 光电传感器，设置于所述主体固定座上，并与所述牵引机构通信连接，所述光电传感器靠近设置有遮光块的所述测试探针的一侧开设有凹口，所述光电传感器具有由所述凹口的一侧发射向所述凹口的另一侧的对射光，所述光电传感器用于实时测量所接收到的所述对射光的光量，并产生随所述对射光的光量变化的输出电压； 其中，所述遮光块能够伸入所述凹口并遮挡所述对射光，所述弹性支架在测试时产生变形，以使所述遮光块所遮挡的所述对射光的光量的产生变化，并通过光电传感器产生变化的输出电压，所述牵引机构根据所述输出电压的值控制所述测试探针施加在所述印刷电路板上的压力。
2.根据权利要求1所述的四线测试探针装置，其特征在于，还包括两个支架固定座，两个所述支架固定座分别设置于所述主体固定座的两侧，两个所述弹性支架分别固定于两个所述支架固定座上。
3.根据权利要求2所述的四线测试探针装置，其特征在于，所述支架固定座还包括限位块，所述限位块与所述弹性支架远离所述主体固定座的端部相接触。
4.根据权利要求1所述的四线测试探针装置，其特征在于，还包括传感器调整座，所述传感器调整座可滑动地设置于所述主体固定座上，所述光电传感器固定于所述传感器调整座上。
5.根据权利要求4所述的四线测试探针装置，其特征在于，所述主体固定座上开设有卡槽；所述传感器调整座上开设有第一螺孔；所述四线测试探针装置还包括调节螺钉，所述调节螺钉的螺帽卡持于所述卡槽内，且所述调节螺钉与所述第一螺孔相螺合，以使所述调节螺钉与所述传感器调整座共同形成螺纹副结构，转动所述调节螺钉，可调节所述传感器调整座相对所述主体固定座的位置。
6.根据权利要求5所述的四线测试探针装置，其特征在于，所述传感器调整座上开设有条形孔，所述主体固定座上开设有第二螺孔，所述四线测试探针装置还包括固定螺钉，所述固定螺钉穿设于所述条形孔内，并与所述第二螺孔配合，且所述固定螺钉在所述条形孔内能够移动，以使传感器调整座可滑动地设置于所述主体固定座上。
7.根据权利要求1所述的四线测试探针装置，其特征在于，所述主体固定座包括横截面为梯形的探针固定部，两个所述测试探针分别设置于所述探针固定部的两侧面上，且两个所述测试探针间形成夹角。
8.根据权利要求1所述的四线测试探针装置，其特征在于，所述探头包括连接臂及设置于所述连接臂一端上的接触针头，所述连接臂设于所述弹性支架上。
9.根据权利要求8所述的四线测试探针装置，其特征在于，所述接触针头为刀片状结构或针形结构。
10.一种四线测试探针装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供权利要求1至权利要求9任意一项所述的四线测试探针装置； 将所述四线测试探针装置上的两个测试探针扎在校正板上任意一焊盘上； 所述四线测试探针装置移动以调整其测试探针施加于校正板上的接触力； 实时获取所述四线测试探针装置的位移量及所述光电传感器的输出电压，以将所述接触力与所述输出电压进行关联； 根据所述接触力与所述输出电压间的关系对所述四线测试探针装置进行调节。
【文档编号】G01R1/073GK104237579SQ201410475371
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】谭艳萍, 王星, 翟学涛, 杨朝辉, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族数控科技有限公司